Dystrobrévines

Introduction

Les Dystrobrévines forment une famille de protéines apparentée à la Dystrophine comme à l’ Utrophine (voir chapitre la Superfamille « des Dystrophines » dernière partie et schéma final).

La première protéine de ce groupe fut isolée en 1989 de l’organe électrique du poisson Torpedo californica, qui est riche en récepteur à l’acétylcholine. Cette protéine de 87 kDa est trouvée comme possédant des séquences similaires aux domaines III et IV de la DystrophineOn a donc une forte similitude entre la protéine dite 87 kDa postsynaptique et la Dystrophine pour une région dite aussi la région riche en Cystéine et la région C-terminale de la Dystrophine. On va classer cette protéine comme une protéine ayant des similitudes avec la Dystrophine soit le terme de « Dystrophin-Related Protein ». L’activité de cette protéine de 87 kDa pouvait être modulée par phosphorylation sur une serine et/ou une tyrosine, et on lui accorde un rôle dans la synaptogénèse.

Une étude chez l’homme en 1996 a permis de comparer de nombreuses séquences en rapport avec la protéine de poisson Torpille dite 87 kDa postsynaptique et finalement selon une grande variété d’épissages, l’ensemble des versions humaines de cette protéine furent baptisées les Dystrobrévines et elles se trouvaient présentes sous de nombreuses tailles qui furent classées selon leurs poids apparents respectif décroissants avec une identification selon l’alphabet grec.

Avec ces diverses informations et en cumulant les résultats depuis la découverte de cette famille de protéines étroitement en relation avec les Dystrophines on parlera ensuite de la Superfamille des Dystrophines. Les informations suivantes vont plus particulièrement concerner les formes Alpha et Bêta Dystrobrévines

Les Dystrobrévines de type alpha

 

séquences des Dystrobrévines de type AlphaPuis en 1996 chez la souris un ensemble de protéines, analogues de la protéine de poisson Torpille dénommée 87kDa protéine, va être identifié comme correspondants aux Dystrobrévines,. Un tableau récapitulatif avec les liens SwissProt est indiqué ci-contre pour illustrer les diverses formes de Dystrobrévines actuellement répertoriées :  Q9Y4J8 ; Isoforme 1 (identifiée comme: Q9Y4J8-1) ; (Isoforme 2 (identifiée comme :Q9Y4J8-2) ; ( Isoforme 3 (identifiée comme: Q9Y4J8-3) ; ( Isoforme 4 (identifiée comme: Q9Y4J8-4) ; (Isoforme 5 (identifiée comme: Q9Y4J8-5) ; (Isoforme 6 (identifiée comme: Q9Y4J8-6) ; (Isoforme 7 (identifiée comme: Q9Y4J8-7) ; (Isoforme 8 (identifiée comme: Q9Y4J8-8) ; avec cependant d’autre variants dont quelques résidus sont manquants et/ou remplacés par une autre séquence et l’on compte ainsi au moins au total 16 versions d’isoformes différents.

Ainsi la plus longue des Dystrobrévines est de  la forme alpha . Le gène possède plusieurs sites d’épissages et on va repérer sur la séquence codante divers domaines similaires à ceux de la Dystrophine comme la main EF, le domaine ZZ, (mais Portrait robot de la Dystrobrévine Alphaabsence du domaine WW) ou le domaine C-terminal avec 2 hélices alpha (sites d’association avec la Dystrophine) et 4 sites potentiels de phosphorylation au niveau de résidus tyrosines (Y). Plus tard avec les études chez la souris on va identifier une zone d’une cinquantaine de résidu dont le rôle sera de se lier avec la Syntrophine et qui sera nommée sr3. Des épissages alternatifs permettent sur des versions écourtées de perdre les interactions avec les Syntrophines. On a ainsi localisé de multiples promoteurs au sein du locus codant pour les Alpha-Dystrobrévines. La phosphorylation des tyrosines régulent les relations Dystrobrévine-Syntrophines et/ou Dystrobrévine-Dystrophine. Un portrait-robot permet de schématiser ces diverses informations ainsi que selon une étude comparative des formes phosphorylées et non phosphorylées qui démontre des affinités différentes de ces isoformes d’Alpha Dystrobrévines vis-à-vis d’associations avec des partenaires.

Représentations schématiques de l'Alpha DystrobrévineDes formes plus courtes furent également identifiées avec des distributions tissulaires spécifiques pour des tissus très variés (cerveau, cœur, rein, foie, poumon, muscle squelettique). Dans le muscle squelettique leurs localisations se trouvent au niveau du sarcolemme avec une distribution forte au niveau des jonctions neuromusculaires. Les domaines présents dans toutes les formes de Dystrobrévines alpha et autres qui sont plus courtes concernent les zones EF et ZZ tandis que la région hélicoïdale H1 et H2 est parfois absente. Pour autant les formes les plus longues contiennent une zone unique riche en Tyrosines phosphorylables que l’on va identifier sous l’acronyme de PYCT =Phospho-Y (Y=Tyrosine) Containing Tail, avec identification des 3 ou 4 résidus sur la figure ci-contre. Cette région aussi définie comme unique et spécifique de la Dystrobrévine sera parfois nommée DUR (=Dystrobrévine Unique Région).

Les Dystrobrévines de type bêta

Séquences de Bêta Dystrobrévines

 

Les travaux de recherches menés dans différents tissus permirent d’identifier une protéine fortement similaire mais qui cependant différait de la forme Alpha dont on ne connaissait pas encore les multiples versions. On la baptisa alors la Dystrobrévine Bêta et un tableau récapitulatif des séquences trouvées figure ci-contre dans lequel on confirme la différence par rapport à la forme Alpha et pour laquelle là aussi de multiples isoformes furent découvertes. Le site Swissprot permet de recueillir plus d’informations avec les liens suivants :  O60 941 Isoform 1 (identifier: O60941-1) ; Isoform 2 (identifier: O60941-2) ; Isoform 3 (identifier: O60941-3) ; Isoform 4 (identifier: O60941-4) ; Isoform 5 (identifier: O60941-5) ; Isoform 6 (identifier: O60941-6) : Isoform 7 (identifier: O60941-7).

Portrait robot de la Dystrobrévine BêtaDe même ces isoformes de Dystrobrévines de type bêta qui ont 70% d’homologie avec les formes alpha, présentent de multiples versions générées par des épissages alternatifs, avec une structure presque identique aux Dystrobrévines alpha avec cependant absence de la partie distale du domaine qui contient les sites de phosphorylation. L isoforme bêta n’est pas trouvée ni dans le cœur ni dans le muscle squelettique, mais présente dans le cerveau, le rein, le foie et les poumons. Une représentation schématique de cette isoforme est présentée ci-dessous et comme indiqué il y a de nombreux sites d’épissages alternatifs. (Voir travaux originaux).

Dystrobrévines et Partenaires

Chronologiquement, si comme attendu par sa similarité de structure avec la Dystrophine, les Dystrobrévines réalisent bien une interaction avec la Dystrophine, via leurs hélices alpha H1 et H2, il sera mis en évidence une  interaction avec les Syntrophines (voir aussi chapitre les Syntrophines). En 2014 il va être clairement mis en évidence que la Dystrobrévine renforce de manière importante la formation du complexe membranaire autour de la Dystrophine.L’application de la technique du double hybride va permettre d’identifier d’autres partenaires importants pour le lien entre la membrane et les filaments contractiles et chacune des protéines citées ci-dessous aura son chapitre propre. Dans l’ordre chronologique on trouve la Syncoïlinela Desmusline et la Dysbindine.Puis toujours chronologiquement ce seront des associations avec le complexe des Sarcoglycanes et du Sarcospane. Enfin,  des associations entre Dystrobrévine et un partenaire protéique implique une nouvelle protéine de la famille des MAGE s (et que l’on baptisa DAMAGE  car cette protéine était la Dystrobrévine  Associated MAGE).

Principaux partenaires de la DystrobrévineLa Palmitoylation de la Dystrobrévine va permettre un contact avec le canal pour l’eau AQP4. Ensuite une association particulière avec la Kinésine dans le cerveau a également été rapportée pour la bêta-Dystrobrévine, et réalise  une connexion avec au niveau extracellulaire les Pancortines. Le récepteur de la protéine phosphatase 2A (PP2A) est un candidat pour une association avec la Dystrobrévine. La Plectine permet de réaliser un lien avec le filament Intermédiaire et met en relation les costamères et les fibres musculaires cytoplasmiques via la Dystrobrévine. La Neuréguline est capable de réguler le développement de la jonction neuromusculaire par la phosphorylation de la forme Alpha de la Dystrobrévine. La Dystrobrévine contrôle la localisation du canal potassium KNCA4. Dans le cas particulier des cellules HL-60 on identifie de nouveau partenaires de la Dystrobrévine et en particulier ADAM21 (=Disintegrin and métalloprotéine domain-containing protein 21). Une contribution forte à l’association entre Dystrophine et Dystrobrévine est réalisée par la protéine Alpha-Catuline. Au niveau nucléaire il y a une forte synergie entre les formes d’ Importine (Alpha et Bêta)  et le système Dystrophine-Dystrobrévine.

Selon les tissus étudiés les Dystrobrévines sont impliquées dans l’assemblage et la signalisation membranaire ce qui lui confère un nouveau rôle . Une récente revue sur le sujet tente de différencier le rôle des Dystrobrévines dans les cellules musculaires par rapport aux cellules non-musculaires.

Mais désormais, des différences apparaissent entre les formes d’Alpha-Dystrobrévine trouvées chez l’homme et chez la souris, et on dépiste actuellement 2 informations supplémentaires qui sont absentes chez la souris et le rat. ( voir article associé ):

  1. a) un nouveau site d’association pour la Syntrophine,
  2. b) un autre promoteur.

Ces informations seront donc à considérer et les résultats obtenus chez l’animal pourront ne pas être valides chez le patient.

Distribution membranaire Dystrobrévine et DystrophineTout dernièrement, un rôle central pour l’isoforme alpha-Dystrobrévine est suggéré dans un travail de recherche sur la différenciation des cellules granulocytaires de type NB4. La participation de l’ Alpha-Dystrobrévine est avérée dans les processus de transduction du signal comme dans la réorganisation du cytosquelette au niveau des interactions avec l’actine et les protéines associées à l’actine (Tropomyosine, Gelsoline, Tubuline) ainsi qu’ une interférence dans le processus de la transduction via (Stathmine, Prohibitine, RIBA) durant la prolifération et la différenciation des cellules NB4. Cela implique aussi bien des contacts avec les partenaires dits associés que d’autres types de protéines. L’ensemble de ces contacts est présenté dans un diagramme pour ce qui concerne le muscle. Inspirée de ce document, une version en français, des contacts directs et indirects de l’ Alpha-Dystrobrévine, avec le complexe autour de la Dystrophine est présenté ci-contre.

Rôle potentiel de la Dystrobrévine

 

Depuis 2010, il est établi que  l’ Alpha-Dystrobrévine est essentielle pour obtenir le bon agencement du complexe autour de la Dystrophine (=DAPC ; complexe des protéines associées à la Dystrophine) dans le Cerveau.

Un nouveau travail démontre une association avec les protéines que l’on désigne sous le sigle iBRAF -/- HMG20 de type A/B. Ces protéines dites HMG (High-Mobility Group) sont des entités qui activent les gènes dits REST [(RE-1 Silencing Transcription factor)-responsive genes], et qui jouent un rôle central dans l’étape d’initiation de la différentiation neuronale.

Ceci indique fortement que pour la  Bêta-Dystrobrévine , une implication plus particulièrement dans le processus de la différentiation neuronale , est de plus en plus évidente.

  • De plus dans le cas du  modèle animal  Elegans, la Dystrobrévine contrôle la libération des neurotransmetteurs et du flux de calcium dans le muscle en participant à la bonne agrégation  des canaux BK (Big potassium). De tels canaux sont en fait également appelé Maxi-K ou slo1, et sont des canaux ioniques qui se  caractérisent par une grande conductance du potassium (K+).

En résumé : Un article de revue fait le point  (Juin 2011) sur le rôle que doit avoir l’ Alpha-Dystrobrévine dans le muscle strié. La protéine est présentée au centre du réseau sous membranaire et une illustration en couleur illustre ce dernier point dans l’article en référence

Puis,  en Sept 2012 de l’impact d’une phosphorylation sur le résidu Thréonine  n°11 de la bêta-Dystrobrévine entraine une absence de contact normal avec la chaîne lourde de la Kinésine.

D’autre part, au sein de la structure codifiée en anglais BBB (=Blood-Brain Barrier) il apparait que l’entité alpha-Dystrobrévine joue le rôle d’organisateur central au niveau du complexe des protéines associées à la Dystrophine (DAP =Dystrophin associated Proteins). Son importance dans le  maintien des fonctions du cerveau conduit à l’évidence que son altération pourrait donc conduire à un dysfonctionnement de la Barrière hémato-encéphalique.

Des travaux plus récents, en 2014, rapportent que la Dystrobrévine renforce la liaison au complexe Dystrophine-glycoprotéines de la Dystrophine et fournit ainsi une meilleure protection lors d’un stress cardiaque.

Dystrobrévines et Pathologies

Une souris déficiente en Dystrobrévine révèle des particularités spécifiques qui se traduisent par des défauts majeurs au niveau du SNC. Bien que la recherche chez l’homme pour une déficience en Dystrobrévine fut indiquée négative , des patients souffrants de dystrophies musculaires révélèrent dans une ancienne analyse une déficience en Dystrobrévine. De par ces multiples facettes la Dystrobrévine a été proposée comme une alternative à la surexpression de l’Utrophine comme axe de thérapie chez les Duchenne. On rapporte cependant une mutation sur l’alpha Dystrobrévine qui va conduire à une LVNC (=Left Ventricular Non Compaction), associé avec une CHD (=Congenital Heart Disease). La localisation de cette mutation serait ainsi susceptible de perturber le bon fonctionnement de la zone EF2 en relation avec la liaison d’un atome de calcium.

Depuis une revue parue en 2009 ne mentionne aucune nouvelle mutation en relation avec une telle pathologie. Et même plus tard en 2011 sur 51 patients souffrants de LVNC aucune mutation nouvelle ne concerna l’alpha Dystrobrévine. En 2012 un travail analyse l’impact de l’absence de la forme Alpha Dystrobrévine dans les cellules gliales chez la souris. Ce déficit va entraîner une altération de la bonne fonction de la BBB (Blood-Brain Barrier) du fait de la perte du rôle organisateur que cette protéine joue vis-à-vis du complexe des protéines associées à la Dystrophine ce qui provoque progressivement un œdème du cerveau. Les marqueurs classiques de l’apoptose, mais aussi le réseau des protéines associées à la membrane cellulaire, dans le cytoplasme et le noyau, via l’ Alpha-Dystrobrévine affectent les processus de transport cellulaire et de la structure cellulaire elle-même. La récente localisation de la Dystrobrévine au niveau des corps de Cajal semble orienter vers un nouveau rôle pour cette protéine au sein de la structure et de la stabilité  des Nucléoles. La Dystrobrévine recrute la protéine Grb2 et l’Alpha-Catuline  pour organiser les récepteurs des neurotransmetteurs à la jonction neuromusculaire (NMJ).

Plus récemment un autre travail indique l’identification d’une   nouvelle mutation dans le gène de la DTNA impliquée dans la maladie de Meniere familiale autosomique dominante . Par ailleurs chez un patient présentant de multiples défauts congénitaux il pourrait y avoir une relation entre une microaltération au niveau du locus 18q12.1 et  une altération de la DTNA et le spectre des pathologies en corélation avec l’autisme (Autism Spectrum Disorders = ADS). Ainsi compilé avec d’ancien résultats, sur la séquence primaire de la Dystrobrévine alpha on peut  répertorier l’ensemble de ces mutations comme présenté ci-dessous.

 

En 2016, Durant les premiers stades de la différenciation neuronale ce travail rapporte que le miR-143 a pour cible la Bêta-Dystrobrévine. Les conséquences sont analysées en détails et cela fournit de nouvelles connaissances sur les fonctions de la Bêta-Dystrobrévine et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents pour mieux définir l’implication neuronale de la Bêta-Dystrobrévine dans la dystrophie musculaire.

Des résultats qui semblent permettre d’étendre la connaissance du rôle de la dystrobrévine Alpha (DTNA) comme impliqué dans une malformation cardiaque congénitale, avec cependant la nécessité d’accomplir d’autres études fonctionnelles complètes pour confirmation.

Cependant depuis 2017, des analyses indiquent que l’excès de RA (retinoic acid) inhibait la prolifération et la différenciation des myoblastes via une augmentation de la régulation du miR-27b-3p pour cibler le DTNA, ce qui impliquait un nouveau mécanisme d’hypoplasie myogénique.

Toujours, en 2017, l’expression du  microRNA-27b-3p induit par l’acide rétinoïde altère la prolifération et la différenciation de myoblastes C2C12 en supprimant l’expression de la forme Alpha de la Dystrobrévine.  par contre dans cette étude c’est plus précisément la distribution spatiale et la dynamique moléculaire des composants glycoprotéiques autour  de la dystrophine qui sont révisés et mise à jour in vivo à la jonction neuromusculaire. En fait ce travail révèle en détail qu’une absence de l’Alpha-Dystrophine n’a aucun effet sur la distribution de la  Rapsyne et de la forme Alpha-Syntrophine, alors que la demi-vie de l’ AChR était considérablement modifiée.

Pour autant des études récentes révèle que la liprine de type alpha-1 est impliquée dans l’organisation de la machinerie postsynaptique car elle était requise pour la formation des ensembles de récepteurs  AChRs induits par la Laminine et l’ Agrine. Dans cette étude des défauts dans la formation des grappes d’ AChR ont été observés en absence de la liprine de type alpha-1. Ces ensembles d’ AChR étaient plus sévères que ceux observés dans les cellules déficientes en alpha-dystrobrévine. Cela suggère que la liprine de type alpha-1 a des fonctions supplémentaires dans les NMJs, de manière indépendante à celle des dystrobrévines alpha .

En conclusion

 

Pour suivre l’évolution des connaissances sur chaque membre de la famille des Dystrobrévines il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)      Chaque isoforme de Dystrobrévine avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

  • Protéine : DYSTROBREVIN, ALPHA; DTNA
  • Pathologies associées:  LEFT VENTRICULAR NONCOMPACTION 1; LVNC1
  • Protéine : DYSTROBREVIN, BETA; DTNB
  • Pathologies associées:  Pas de mutation décrite à ce jour (2013). 

** Voir des défauts au niveau du cervelet en l’absence de la Bêta-Dystrobrévine.